專利名稱：差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器，它主要適用于波分復(fù)用光通信系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中寬帶可調(diào)諧的單信道光波長轉(zhuǎn)換或多信道同時(shí)的光波長轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
光纖通信具有無與比擬的高速率、低損耗等優(yōu)點(diǎn)，近年來取得了很大發(fā)展，并成為現(xiàn)代通訊的主要手段。密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，它通過在一根光纖中同時(shí)傳輸若干路不同波長、間隔適當(dāng)且相互獨(dú)立的光信號(hào)，從而使同一根光纖信息傳輸?shù)牡刃П忍芈试黾尤舾杀?。光波長轉(zhuǎn)換器是DWDM光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性器件之一，它能實(shí)現(xiàn)信息從一個(gè)波長的光載波到另一個(gè)波長的光載波的復(fù)制，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、波長路由、波長再用和光交換等方面有著廣泛的應(yīng)用，能大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性。
目前光網(wǎng)絡(luò)中所使用的光波長轉(zhuǎn)換器基本上都是基于光—電—光工作方式，首先將需要進(jìn)行波長變換的光信號(hào)進(jìn)行探測并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再利用此電信號(hào)去重新調(diào)制新的波長的激光器，從而實(shí)現(xiàn)光波長變換。盡管技術(shù)上較為成熟，但裝置復(fù)雜，靈活性差，成本隨速率和元件數(shù)的增加而增加，且信號(hào)碼型和速率不透明，難以滿足未來光通信網(wǎng)絡(luò)的要求。與之相比，基于合適的光學(xué)機(jī)理的全光波長轉(zhuǎn)換器能在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息在波長信道之間的轉(zhuǎn)換，可滿足未來光通信網(wǎng)絡(luò)的要求，因而具有更好的發(fā)展前景，是近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)。
目前比較常見的幾種全光波長轉(zhuǎn)換器類型如交叉增益調(diào)制(XGM)型，交叉相位調(diào)制(XPM)型、激光器可飽和吸收型、電吸收調(diào)制(EA)型等都具有的共同問題是對(duì)光信號(hào)的速率和調(diào)制形式不透明，實(shí)現(xiàn)10Gb/s以上的光信號(hào)的波長變換較為困難并且效果不理想，不具備多波長同時(shí)變換的能力。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)多個(gè)波長信道同時(shí)進(jìn)行波長變換時(shí)，要同時(shí)設(shè)置多個(gè)波長轉(zhuǎn)換器，成本大大增加。與之相比，差頻(DFG)型全光波長轉(zhuǎn)換器基于二階非線性光學(xué)效應(yīng)來產(chǎn)生新頻率的光場，從而實(shí)現(xiàn)全光波長轉(zhuǎn)換，它對(duì)信號(hào)的比特率和調(diào)制形式完全透明，理論上轉(zhuǎn)換速率可達(dá)1Tb/s以上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多波長同時(shí)轉(zhuǎn)換。我們的實(shí)用新型所涉及的就是一種寬帶可調(diào)諧的差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖1所示是差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的一般結(jié)構(gòu)示意圖。差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的基本原理是將需轉(zhuǎn)換的信號(hào)光(頻率為ωs)和泵浦光源1提供的高功率連續(xù)波泵浦光(頻率為ωp)通過光耦合器2同時(shí)耦合進(jìn)一塊用非線性光學(xué)材料制備的并具有特殊結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)3中，通過二階非線性差頻效應(yīng)產(chǎn)生頻率為ωc＝ωp-ωs的新光場，新光場完全復(fù)制了輸入信號(hào)光的強(qiáng)度和相位信息，頻率轉(zhuǎn)換間距為Δω＝ωp-2ωs，使用光濾波器4將新光場輸出。同時(shí)輸入多路不同波長的信號(hào)光時(shí)，它們將與泵浦光分別發(fā)生差頻效應(yīng)，過程相互獨(dú)立，所以能實(shí)現(xiàn)多波長同時(shí)轉(zhuǎn)換。
能產(chǎn)生有效二階非線性效應(yīng)的光波導(dǎo)3是差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的核心器件，它必須具備特殊結(jié)構(gòu)使發(fā)生相互作用的光場間的相位失配得到補(bǔ)償或校正，才能使光波導(dǎo)傳播方向上產(chǎn)生的差頻光場形成有效迭加，從而得到有效輸出。目前一般采用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)，制備具有周期性域反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)，常用的材料是以LiNbO3為代表的鐵電材料，也有使用以GaAs為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體材料的。圖2給出了準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)的一般結(jié)構(gòu)示意圖，該波導(dǎo)包括兩部分波導(dǎo)層5和襯底層6，也可以在波導(dǎo)層上再生長一層材料制成掩埋波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。與普通光波導(dǎo)不同的是，采用恰當(dāng)工藝使波導(dǎo)層具備周期性域反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。所謂域反轉(zhuǎn)可以是晶體電疇方向的反轉(zhuǎn)，如對(duì)于鐵電系晶體可以通過外加電場極化法制備；也可以是晶格方向的反轉(zhuǎn)，可以通過特殊的材料生長工藝來實(shí)現(xiàn)。圖2中用箭頭表示晶疇的朝向，向上的箭頭指代的區(qū)域?yàn)檎?，向下的箭頭指代的區(qū)域?yàn)榉崔D(zhuǎn)域8。正域7和反轉(zhuǎn)域8的長度都為lc，lc表示相干長度，即產(chǎn)生π相位失配的傳播長度；lc＝π/Δβ，Δβ表示泵浦光場、信號(hào)光場和差頻光場之間的波矢失配量，Λ表示準(zhǔn)相位匹配周期且有Λ＝2lc，Λ大小一般是幾個(gè)μm至幾十個(gè)μm之間。由于相鄰的正域和反轉(zhuǎn)域中產(chǎn)生的差頻光場之間存在一個(gè)π的相位跳變，所以沿波導(dǎo)傳播方向上不斷產(chǎn)生的差頻光之間的相位失配能得到周期性補(bǔ)償，使差頻光場形成有效迭加，差頻光強(qiáng)度和功率隨傳播距離的增大而不斷增大。實(shí)際上準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)是一種光柵結(jié)構(gòu)，但它屬于非線性光柵(即調(diào)制的是非線性電極化率)，與普通的線性光柵(調(diào)制的是折射率)不同。
該方案存在的主要問題是泵浦波長只能工作在某一固定值附近，泵浦帶寬很窄，所以波長轉(zhuǎn)換器的可調(diào)性很弱，不能滿足實(shí)用化要求。這是因?yàn)橹谱骱玫牟▽?dǎo)上的準(zhǔn)相位匹配周期Λ是固定的，所以與之相匹配的泵浦波長也是確定的。泵浦波長調(diào)諧曲線(波長轉(zhuǎn)換效率隨泵浦波長的變化曲線)是一個(gè)sinc2形態(tài)的單峰曲線。由于光場間的波矢失配量Δβ對(duì)泵浦波長的變化非常敏感，泵浦波長改變時(shí)光場間的波矢失配量會(huì)明顯變化，此時(shí)準(zhǔn)相位匹配條件不再成立，輸出的差頻光功率會(huì)急劇減小，泵浦波長偏離中心波長到一定程度時(shí)，輸出的差頻光功率幾乎為零。
目前所報(bào)道的改善差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的泵浦帶寬的主要方法是采用啁啾(chirp)的準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)。圖3給出了這種光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖，光波導(dǎo)包含若干具有不同的準(zhǔn)相位匹配周期的子段(段數(shù)用n表示)，每段的長度分別用L1、L2……Ln表示，每段內(nèi)的準(zhǔn)相位匹配周期分別用Λ1、Λ2……Λn表示。合理選取參數(shù)，可以使泵浦波長可調(diào)范圍即泵浦帶寬增加3-4倍。該方法依然存在一些問題首先是泵浦帶寬的展寬程度有限，例如長度為40mm的LiNbO3光波導(dǎo)的3dB帶寬可以從0.15nm左右增加到0.6nm左右，和實(shí)用化要求泵浦帶寬應(yīng)達(dá)到10nm以上仍然相差很遠(yuǎn)；此外由于要求的啁啾量很小，即每個(gè)子段的準(zhǔn)相位匹配周期間的差異必須在1nm左右，制作過程中難以精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服上述缺陷的差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器，該波長轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)等間隔分布的泵浦波長窗口，其位置和間隔可調(diào)整，從而具備適合于波分復(fù)用系統(tǒng)特點(diǎn)的寬帶可調(diào)諧能力。
本實(shí)用新型的一種差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器，依次包括激光光源、偏振控制器、光耦合器、光柵波導(dǎo)、光濾波器和光纖，偏振控制器對(duì)泵浦光和信號(hào)光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，再通過光耦合器同時(shí)耦合進(jìn)光波導(dǎo)中，產(chǎn)生新的差頻光，差頻光通過光濾波器輸出；其特征在于所述光柵波導(dǎo)劃分成子段，每個(gè)子段具有相同的準(zhǔn)相位匹配周期，但又分別插入了不同分布周期的π相移域，光波導(dǎo)各子段長度和插入的π相移域數(shù)目與所要求泵浦窗口位置的關(guān)系應(yīng)滿足式Δλ＝±π(mi+1)/(kLi)，式中Δλ為泵浦波長工作窗口位置，mi表示第i個(gè)子段包含的π相移域的數(shù)目，Li表示第i個(gè)子段的長度，k是比例系數(shù)。
本實(shí)用新型通過引入分段周期性分布的π相移域的準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)，可以使差頻型光波長轉(zhuǎn)換器能工作于多個(gè)不同的泵浦波長窗口，有效泵浦帶寬與現(xiàn)有技術(shù)相比大大增加。首先，依據(jù)不同的使用要求合理選取π相移域的分布參數(shù)，可以靈活地設(shè)計(jì)出多種多樣的泵浦波長調(diào)諧曲線，泵浦波長工作的窗口數(shù)量、窗口位置以及窗口間隔都隨π相移域的分布參數(shù)的改變而改變，而且由于π相移域的周期性分布，泵浦波長工作窗口呈現(xiàn)等間隔梳狀分布。進(jìn)一步，我們?cè)偈褂煤线m的溫度控制器對(duì)上述的光波導(dǎo)進(jìn)行小范圍的溫度調(diào)節(jié)和控制，溫度的改變會(huì)對(duì)光波導(dǎo)造成微小的熱脹冷縮，導(dǎo)致波導(dǎo)內(nèi)的準(zhǔn)相位匹配光柵周期產(chǎn)生微小的改變，所以波導(dǎo)的溫度改變時(shí)它的泵浦波長工作窗口會(huì)發(fā)生整體漂移，則可以使我們所構(gòu)建的差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器具備寬帶連續(xù)可調(diào)諧能力。通過以上兩種方法，就可以根據(jù)需要在一定的范圍內(nèi)靈活地選擇的泵浦波長工作窗口的具體位置，實(shí)現(xiàn)泵浦波長的寬帶連續(xù)可調(diào)諧，使波長轉(zhuǎn)換器具備適用于波分復(fù)用系統(tǒng)所要求的寬帶連續(xù)可調(diào)諧能力。


圖1為差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器的一般結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)的一般結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為分段啁啾的準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的分段周期性分布π相移域光波導(dǎo)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4B為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的π相移域的具體構(gòu)造示意圖；圖5為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一條長為42mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率隨泵浦波長的變化曲線；圖6為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一條長為21mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率隨泵浦波長的變化曲線；圖7為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一條長為38.4mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率隨泵浦波長的變化曲線；
圖8為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光波長轉(zhuǎn)換器的整體結(jié)構(gòu)裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的差頻效應(yīng)的光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它在傳統(tǒng)的準(zhǔn)相位匹配光柵結(jié)構(gòu)中引入了按分段周期性樣式分布的π相移域。圖4A所示，光波導(dǎo)分為L1、L2……Ln若干子段。每個(gè)子段都具有相同準(zhǔn)相位匹配周期的光柵結(jié)構(gòu)，都包含有若干個(gè)按周期性樣式分布的π相移域9，但π相移域9在各個(gè)子段內(nèi)的分布周期互不相同。π相移域結(jié)構(gòu)如圖4B所示，π相移域?qū)嶋H上就是在正負(fù)域交替出現(xiàn)的準(zhǔn)相位匹配光柵結(jié)構(gòu)中引入的長度為半個(gè)準(zhǔn)相位匹配周期的間斷區(qū)域，長度為0.5Λ，因?yàn)?.5Λ的傳播距離對(duì)應(yīng)于發(fā)生差頻效應(yīng)的光場間的π的位相失配，它在前后兩段光柵結(jié)構(gòu)間引入了π的相對(duì)相位差，所以稱之為π相移域。實(shí)際制作π相移域時(shí)就是在原本應(yīng)相鄰的正域和反轉(zhuǎn)域之間插入一個(gè)重復(fù)的正域或反轉(zhuǎn)域，實(shí)現(xiàn)起來非常簡單。
理論上π相移域的分布可提高波長轉(zhuǎn)換器的泵浦工作的帶寬。使用i表示子段序號(hào)，i＝1，2，3，……n，n表示光波導(dǎo)包含的總的子段數(shù)量。使用mi表示第i個(gè)子段中所包含的按周期性樣式分布的π相移域的數(shù)量，Li表示第i個(gè)子段的長度。通過理論分析可以推導(dǎo)出當(dāng)(Δβ-2π/Δ)·(Li/(mi+1))＝±π時(shí)，Ei(L)可達(dá)到峰值，峰值大小約為|k|d·Li·(2/π)2。式中d表示二階非線性系數(shù)的大小，κ=i·(ωc/ncc)·EpEs*,]]>Ep和Es分別表示泵浦光和信號(hào)光的幅值，ωc表示差頻光(即波長轉(zhuǎn)換光)的頻率，c表示真空中光速，nc表示材料折射率。由于(Δβ-2π/Λ)·(Li/(mi+1))＝±π(i＝1，2，3，……n)對(duì)應(yīng)于2n個(gè)不同的泵浦波長，泵浦波長調(diào)諧曲線是具有多個(gè)峰值窗口的梳狀曲線，泵浦波長工作窗口的數(shù)量為2n。
在很寬的泵浦波長變化范圍內(nèi)(＞20nm)，Δβ-2π/Λ與泵浦波長成線性比例關(guān)系，可以將Δβ-2π/Λ表示為Δβ-2π/Λ＝k(λp-λp0)，式中λp表示泵浦波長，λp0表示對(duì)應(yīng)于Δβ-2π/Λ＝0的泵浦波長，k是比例系數(shù)。將其代入(Δβ-2π/Λ)·(Li/(mi+1))＝±π可得Δλ＝λp-λp0＝±π(mi+1)/(kLi)，即Δλ∝(mi+1)/Li，可見如果選擇等差的(mi+1)/Li，就可以使泵浦波長工作窗口呈現(xiàn)等間隔分布，使其符合波分復(fù)用系統(tǒng)的要求。如果令各個(gè)子段的長度Li相等，則只需選取等差的mi就可以簡單地實(shí)現(xiàn)多個(gè)泵浦波長工作窗口的等間隔分布。每個(gè)子段的長度也可以設(shè)計(jì)為不相等，但取為相等可使相應(yīng)波長窗口的差頻轉(zhuǎn)換作用長度相等，梳狀曲線的各個(gè)峰值也就大致相等。這里我們給出當(dāng)選取各個(gè)子段的長度相等時(shí)的幾組合適的π相移域的分布參數(shù)1)每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為1、4、7、10……；2)每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為2、7、12、17……；3)每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為3、10、17、24……；4)每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為4、13、22、31……。
制作上述的光波導(dǎo)可選用多種不同的非線性光學(xué)材料，具體的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸和制作方法也因材料和技術(shù)參數(shù)要求的不同而有所不同。我們選用最具代表性的LiNbO3材料來制備z切LiNbO3光波導(dǎo)，z切即光軸垂直于波導(dǎo)平面，波導(dǎo)層一般采用質(zhì)子交換法制備。這里給出我們選用的波導(dǎo)基本參數(shù)光波長轉(zhuǎn)換區(qū)間為1.55μm波段；波導(dǎo)寬度約為8μm，深度約為0.6nm，此時(shí)泵浦光、信號(hào)光和差頻光在波導(dǎo)中都以TM基模傳播，對(duì)應(yīng)的二階非線性系數(shù)分量為d33約為23.5pm/V；波導(dǎo)損耗系數(shù)約為0.35dB/cm(1.55μm波段)和0.70dB/cm(0.77μm波段)。
下面給出幾個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例及相應(yīng)的效果圖5所示的是我們所設(shè)計(jì)的一條長為42mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率ηrel隨泵浦波長λpump的變化曲線。光柵的準(zhǔn)相位匹配周期選取為15.31μm，對(duì)應(yīng)的泵浦匹配波長為775nm附近。采用的π相移域的分布參數(shù)是42mm長的光波導(dǎo)包含4段長為10.5mm的子段，每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為2、7、12、17，即分布周期分別為3.50mm、1.25mm、0.81mm、0.58mm。從圖5中我們可以看到光波長轉(zhuǎn)換器可以工作于8個(gè)等間距的泵浦波長窗口，間距為1.6nm，符合ITU關(guān)于波分復(fù)用系統(tǒng)的波長間距標(biāo)準(zhǔn)，8個(gè)窗口的中心波長分別是769.4nm、771.0nm、772.6nm、774.2nm、775.8nm、777.4nm、779.0nm、780.6nm，每個(gè)窗口的3dB寬度都為0.4nm左右。與現(xiàn)有的只能工作于單一的泵浦波長窗口的差頻型光波長轉(zhuǎn)換器相比有效泵浦帶寬得到了很大改善，8個(gè)泵浦波長工作窗口跨越的總波長范圍約為10nm，具備寬帶可調(diào)諧能力。
圖6所示的是我們所設(shè)計(jì)的一條長為21mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率ηrel隨泵浦波長λpump的變換曲線。采用的π相移域的分布參數(shù)是21mm長的光波導(dǎo)包含2段長為10.5mm的子段，每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為2和7，即分布周期分別為3.50mm、1.25mm。從圖5中可以看到光波長轉(zhuǎn)換器的泵浦波長工作窗口的數(shù)量為4個(gè)，間距同樣為1.6nm，窗口的中心波長分別是772.6nm、774.2nm、775.8nm、777.4nm。
圖7所示的是我們所設(shè)計(jì)的另一條長為38.4mm的LiNbO3光波導(dǎo)的相對(duì)波長轉(zhuǎn)換效率ηrel隨泵浦波長λpump的變換曲線。采用的π相移域的分布參數(shù)是38.4mm長的光波導(dǎo)包含4段長為9.6mm的子段，每個(gè)子段內(nèi)包含的周期性分布的π相移域的數(shù)量分別為3、10、17、24，即分布周期分別為2.40mm、0.87mm、0.53mm、0.38mm。從圖7中可以看到光波長轉(zhuǎn)換器也是可以工作于8個(gè)等間距的泵浦波長窗口，但窗口間距為2.4nm，8個(gè)窗口的中心波長分別是766.6nm、769.0nm、771.4nm、773.8nm、776.2nm、778.6nm、781.0nm、783.4nm.8個(gè)泵浦波長工作窗口跨越的總波長范圍約為17nm，具備很寬的可調(diào)諧能力。
使用合適的溫度控制器對(duì)光波導(dǎo)進(jìn)行小范圍的溫度調(diào)節(jié)和控制，則可以使所構(gòu)建的差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器具備寬帶連續(xù)可調(diào)諧能力。對(duì)于LiNbO3光波導(dǎo)來說，在室溫附近溫度的改變所導(dǎo)致的泵浦波長工作窗口的整體漂移約為+0.05nm/℃。因此如果對(duì)LiNbO3光波導(dǎo)進(jìn)行較小范圍的溫度調(diào)節(jié)，就可以根據(jù)需要在一定的范圍內(nèi)靈活地改變梳狀分布的多個(gè)泵浦波長工作窗口的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)泵浦波長的寬帶連續(xù)可調(diào)諧。以我們前面所述的長為42mm的LiNbO3光波導(dǎo)為例，由圖5可以看到8個(gè)泵浦波長工作窗口跨越的波長范圍約12nm，相鄰窗口之間的間隔只有1.6nm，如果采用合適的溫控設(shè)備對(duì)該光波導(dǎo)在32℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，就可以使8個(gè)泵浦波長工作窗口完全覆蓋這12nm波長范圍內(nèi)的所有區(qū)域。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光波長轉(zhuǎn)換器整體結(jié)構(gòu)裝置如圖8所示。高功率可調(diào)激光器10提供差頻型光波長轉(zhuǎn)換所需的高功率泵浦光(頻率為ωp)，可以選用窄線寬半導(dǎo)體激光器，也可選用鈦寶石固體激光器。需轉(zhuǎn)換的單波長或多波長信號(hào)光(光頻率分別用ωs1，ωs2……表示)進(jìn)入到波長轉(zhuǎn)換器中并通過光耦合器2和泵浦光耦合到一起，再注入變周期分布π相移域的光波導(dǎo)11中。偏振控制器12用來對(duì)泵浦光和信號(hào)光在光纖中傳輸?shù)钠駪B(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，使其與波導(dǎo)中的傳輸模式良好匹配。光波導(dǎo)11被置于半導(dǎo)體溫度控制器13上，半導(dǎo)體溫度控制器13可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)地改變和控制光波導(dǎo)11的工作溫度。泵浦光和信號(hào)光在光波導(dǎo)11中通過差頻效應(yīng)產(chǎn)生頻率為ωc1，ωc2……的新光場，從而實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換，在輸出端用光濾波器4濾出新光場。
權(quán)利要求1.一種差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器，依次包括激光光源、偏振控制器、光耦合器、光柵波導(dǎo)、光濾波器和光纖，偏振控制器對(duì)泵浦光和信號(hào)光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，再通過光耦合器同時(shí)耦合進(jìn)光波導(dǎo)中，產(chǎn)生新的差頻光，差頻光通過光濾波器輸出；其特征在于所述光柵波導(dǎo)劃分成子段，每個(gè)子段具有相同的準(zhǔn)相位匹配周期，但又分別插入了不同分布周期的π相移域，光波導(dǎo)各子段長度和插入的π相移域數(shù)目與所要求泵浦窗口位置的關(guān)系應(yīng)滿足式Δλ＝±π(mi+1)/(kLi)，式中Δλ為泵浦波長工作窗口位置，mi表示第i個(gè)子段包含的π相移域的數(shù)目，Li表示第i個(gè)子段的長度，k是比例系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述光柵波導(dǎo)的各子段長度基本相等，在每個(gè)子段中所插入的π相移域數(shù)目之差相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述光柵波導(dǎo)置于半導(dǎo)體溫度控制器上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種差頻型全光波長轉(zhuǎn)換器，依次包括激光光源、偏振控制器、光耦合器、變周期分布π相移域光柵波導(dǎo)、光濾波器和光纖，偏振控制器對(duì)泵浦光和信號(hào)光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，再通過光耦合器同時(shí)耦合進(jìn)光波導(dǎo)中，產(chǎn)生新的差頻光，新光場通過光濾波器輸出。不同周期分布的π相移域，使元件的波長轉(zhuǎn)換效率隨泵浦波長的變化曲線由原來的單峰曲線的變?yōu)榫哂卸鄠€(gè)峰值的梳狀曲線，從而使光波長轉(zhuǎn)換器可以工作于多個(gè)不同的泵浦波長窗口，大大提高了有效泵浦帶寬。該波長轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)等間隔分布的泵浦波長窗口，其窗口數(shù)目、位置和間隔可通過參數(shù)設(shè)計(jì)和溫度控制進(jìn)行調(diào)整，從而具備可適用于波分復(fù)用系統(tǒng)的寬帶可調(diào)諧能力。
文檔編號(hào)G02B6/42GK2653544SQ0323723
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者孫軍強(qiáng), 劉威, 羅傳紅 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)